KR20100023365A

KR20100023365A - 지능형 파워 모듈의 보호 회로

Info

Publication number: KR20100023365A
Application number: KR1020080082082A
Authority: KR
Inventors: 정성열
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-03-04

Abstract

본 발명은 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module, 이하 IPM)에 쓰이는 보호 회로로, 기준 크기를 사용자가 변화시킬 수 있고, 상기 기준 크기 이상의 전류가 흐르는 경우, 이를 감지하여 전체 시스템에 알리는 보호 회로이다.

본 발명인 보호 회로는 지능형 파워 모듈 내의 전기적 정보를 측정하고 이를 전압으로 바꾸는 측정부, 가변가능한 기준값을 저장하고 있는 저장부, 측정부의 전압과 기준값을 비교하여 지능형 파워 모듈의 이상 여부를 판단하고 이를 지능형 파워 모듈에 전달하는 판단부를 포함한다.

Description

지능형 파워 모듈의 보호 회로{PROTECTION CIRCUIT FOR INTELLIGENT POWER MODULE}

본 발명은 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module, 이하 IPM)의 보호 회로로, 기준 크기를 사용자가 변화시킬 수 있고, 상기 기준 크기 이상의 전류가 흐르는 경우, 이를 감지하여 전체 시스템에 알리는 보호 회로이다.

IPM이란 전력을 공급하는 파워 모듈 중 하나로서, 각종 전자 기기(가전 제품, PDP 등)에 탑재되어 전력 소모를 줄인다. 지능형 파워 모듈은 스마트 파워 모듈(Smart Power Module)로 불리기도 하며, 자체적으로도 보호 기능을 구비하고 있다. 구체적으로 과열, 과전류, 합선, 제어전원 이상 등을 감지하여 이상이 발생하였다고 판단하면 동작을 정지시키는 등의 안전 수단을 취할 수 있다. 이 IPM은 자체의 보호 회로를 구비하여, 하기에서 기재되는 자체 보호 신호를 생성한다. 이러한 IPM의 보호 회로는 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람들에게는 당연히 인식되는 정도의 기술에 불과하므로, 그 도시 및 설명이 생략된다.

도 1은 종래 IPM 및 IPM에서의 보호 기능을 설명하는 도면이다. 도 1은 3상 회로를 가정하고 전원 공급을 돕는 지능형 파워 모듈로, 각각의 점(P, U, V, W, N 및 IC 칩의 입력단들 등)에서의 정보(전압, 전류, 온도)를 측정하여 보호 기능을 동작시킬지 여부를 자체적으로 판단한다. 자체 보호 신호는 낼 수 있는 최대의 전압(이를 High라고 한다.)인 경우 정상이라 판단하고 낼 수 있는 최저의 전압(이를 Low라고 한다.)인 경우 정상이 아니라고 판단하는 것이다. 보호 기능을 동작시키는 경우, Low인 자체 보호 신호를 각 IC칩이 입력으로 받아(도 1에서는 Fo에 보호 신호가 인가된다.) 작동을 중지하는 것을 통하여 IPM과 연결된 전자 기기에 공급되는 전원이 차단된다.

예를 들어, 자체 보호 신호는 한 점(N)으로부터 그 오른쪽의 단자로 흐르는 전류의 양이 기준 이상이 되는 경우 신호가 Low로 바뀌고, 상기 신호를 도 1의 Fo에서 받아 IC칩이 동작을 중지하므로 IPM과 연결된 전자 기기에 공급되는 전원을 차단할 수 있다. 이러한 자체 보호 신호를 바탕으로 한 보호 기능은 회로 내부에서 설정한 수치에 따라 판단하므로, IPM에 연결되는 가전 기기 각각의 스펙을 고려하여 보호 기능을 수행하기 힘들며, IPM에서 가전 기기 각각의 스펙을 고려하여 보호 기능을 수행하기 위해서는 각 가전 기기의 스펙을 고려한 수치에 따라 보호 기능을 수행하는 IPM을 따로 제작해야 하는 불편이 있다.

본 발명은 별도로 측정값을 비교하여 변동이 가능한 기준 크기와 비교하여 IPM을 보호하는 보호 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 과전류를 감지하므로, 기존의 IPM과 상용 부품만으로 사용자가 원하는 전류 제한을 갖는 IPM으로 바꿀 수 있는 보호 회로를제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가변 저항 등을 사용하는 경우 사용자가 전류 제한으로 설정하는 값을 바꿀 수 있는 IPM으로 바꿀 수 있는 보호 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 전기적 정보는 전류를 포함하며, 측정부는 전류가 흐르는 션트 저항을 구비하여, 션트 저항의 전압값을 측정하는 것이 바람직하다.

또한, 측정부는 션트 저항의 전압값을 가변하는 증폭 회로 또는 감쇄 회로를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 저장부는 가변저항을 구비하여 저장된 기준값을 가변하는 것이 바람 직하다.

또한, 저장부는 기준값을 변화시키는 것을 통해 지능형 파워 모듈이 허용하는 최대 전류값을 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 판단부는 측정부의 전압과 저장부의 전압을 비교하는 비교기이고, 비교기는 측정부의 전압이 저장부의 전압보다 큰 경우, 지능형 파워 모듈에 이상이 생겼다고 판단하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이러한 구성을 통하여, 별도로 측정값을 비교하여 변동이 가능한 기준 크기와 비교하여 IPM을 보호하는 효과가 있다.

또한, 별도의 보호 회로를 통하여 과전류를 감지하므로, 기존의 IPM과 상용 부품만으로 사용자가 원하는 전류 제한을 갖는 IPM으로 바꿀 수 있는 효과가 있다.

또한, 가변 저항 등을 사용하는 경우 사용자가 전류 제한으로 설정하는 값을 바꿀 수 있는 IPM으로 바꿀 수 있는 효과가 있다.

이하에서, 본 발명은 도면과 함께 상세하게 설명된다.

도 2는 본 발명인 보호 회로를 예시하는 도면이다. 보호 회로는 측정하고자 하는 부분의 값(예를 들어 전류값)을 입력받고, 이를 미리 저장된 일정값과 비교하여 그 대소 여부에 따라 달라지는 출력값을 지능형 파워 모듈에 전달하는 것을 통하여 지능형 파워 모듈에 연결되는 전자 기기를 보호할 수 있다. 예를 들어, 도 1 에서의 N 부분에 션트 저항을 달고, 션트 저항의 전압값을 통해 전류를 측정하고, 보호 회로의 출력을 자체 보호 신호가 인가되는 자리(Fo)에 연결시켜 보호 회로가 그에 연결된 전자 기기에 전원을 공급해야 할지를 결정할 수 있다. 보호 회로의 입력 및 출력이 지능형 파워 모듈에 연결되는 위치는 도 3에서 더욱 자세히 설명될 것이다.

측정부(20)는 션트 저항(shunt 저항, R_shunt)을 포함하고, 션트 저항을 전류가 흐르는 도선에 달아 측정하려는 곳의 전류를 측정한다. 예를 들어, 션트 저항이 0.05옴(Ω)이고, 션트 저항(R_shunt)의 전압이 0.3볼트(V)인 경우, N 부분에 흐르는 전류는 0.3(V)÷0.05(Ω) = 6(A)라는 것을 알 수 있다. 물론, 전류를 측정하는 센서를 달아서 전류 값을 직접 측정할 수도 있으나, 이러한 방법이 경제적이므로 바람직하다. 즉, 측정하려는 값이 전류값인 경우에는 션트 저항을 통하여 전압값으로 이를 바꿀 수 있다.

측정부(20)는 추가적으로 증폭 회로 또는 감쇄 회로를 포함하여, 바뀐 전압값을 저장부(30)의 값과 비교할 수 있는 크기로 바꾸는 것이 가능하다. 도 2에서 예시된 증폭회로는 오피-앰프(op-amp)를이용한 통상의 비반전 증폭 회로로, 그 증폭비는 1+(R2/R1) 이 된다. 예를 들어, 저항(R1)의 값이 1킬로옴(kΩ)이고, 저항(R2)의 값이 7.5킬로옴(kΩ)이면 증폭비는 8.5가 되고, 앞서서 션트 저항의 전압이 0.3볼트(V)라고 하면, 오피-앰프 출력단에서의 전압(V1)은 0.3(V) × 8.5 = 2.55(V)가 된다.

저장부(30)는 측정부(20)에서 측정 및 증폭(또는 감쇄)한 전압과 비교하기 위한 기준값을 저장하는 곳으로, 도 2에서 예시된 것은 전압 소스의 전압을 감쇄시켜 일정 값을 출력하도록 하는 회로이다. 전압 소스의 전압이 5(V)이고, 저항(R3)와 저항(R4)의 값이 모두 10킬로옴(kΩ)이라면, 출력되는 값은 5(V) × {10(kΩ)÷(10(kΩ)+10(kΩ))} = 2.5(V)가 된다. 도 2에서는 과전류 여부로 보호 기능이 동작하고, 과전류인지 판단하는 기준은 2.5(V) ÷ 8.5 ÷ 0.05(Ω) = 5.88(A)이다. 저장부(30)에 구비된 직류 전압 소스는 지능형 파워 모듈로부터 일반적으로 끌어다 쓸 수 있는 5V짜리 전압 소스가 사용 가능하다.

도 2 중 저장부(30)에 예시된 보호 회로의 기준값 2.5V는 션트 저항이 설치된 도선에 흐르는 전류값이 5.88(A)가 넘지 않아야 한다는 요구 조건을 반영한 것이다. 저장부(30)가 저장하는 값은 저항(R3) 또는 저항(R4) 중 적어도 하나를 가변 저항으로 하는 것을 통하여 변화시킬 수 있으므로 본 발명의 보호 회로를 사용하는 경우, 지능형 파워 모듈이 용인하는 범위 및 사용자의 요구 조건, 예를 들어 최대 전류값(전류의 기준값)을 변화시킬 수 있다.

비교부(40)는 측정부(20)의 출력과 저장부(30)에 저장된 기준값을 비교하는 부분으로, 오피-앰프의 입력단자 중 한 쪽은 측정부(20)의 출력을 입력받고, 다른 쪽은 저장부(30)에서 저장하던 값을 입력받는다. 도 2에서는 오피-앰프의 -단자에 측정부(20)의 출력을 연결하고, 오피-앰프의 +단자에 저장부(30)에서 저장하던 값을 입력받는다. 이 경우, 측정부(20)의 출력이 저장부(30)에서 저장하던 값보다 큰 경우는 오피-앰프의 출력값, 보호 회로의 출력값(V2)은 Low을 내게 되며, 이러한 Low 전압은 IPM의 자체 보호 신호 신호와 논리적인 결합을 통하여 출력 전압(V_out)을 결정하고, 이 출력 전압을 전체 지능형 파워 모듈에 전달할 수 있다. IPM은 자체 보호 신호를 입력 받는 Fo에 Low 신호가 인가되는 경우 이를 이상으로 판단하므로, 비교부(40)의 출력 또는 자체 보호 신호가 Low 신호인 경우 출력전압(V_out)이 Low가 되어야 한다. 도 2에서, 출력 전압(V_out)은 자체 보호 회로의 출력 자체 보호 신호와 비교부(40)에서의 출력값 중 하나만 Low가 되더라도 Low를 출력한다는 것을 다이오드의 특징을 통해 알 수 있다. 자체 보호 회로의 출력과 비교부(40)에서의 출력값 중 하나 이상이 Low인 경우, 출력 전압(V_out)이 Low가 되도록 하는 구성은 다이오드 뿐 아니라 IC 칩 중 AND 게이트를 통해서도 구현할 수 있다.

여기서 저장부(30)가 저장한 값은 저항(R3 또는 R4)이 가변저항인 경우, 그 값이 변할 수 있다. 지능형 파워 모듈과 연결된 전자 기기에 일정 전류 이상이 흐르는 경우, 보호 기능이 작동하여 전자 기기에 공급되는 전원이 차단되게 되는데, 사용자는 저항(R3 또는 R4)의 값을 설정하거나 변경하는 것을 통해 지능형 파워 모듈에 연결된 전자 기기를 가장 잘 보호할 수 있는 기준값을 설정하거나 변화시킬 수 있고, 이렇게 설정 또는 변화된 기준값을 넘는 경우 지능형 파워 모듈이 보호 기능을 작동하도록 할 수 있다.

일반적인 지능형 파워 모듈에서, 자체 보호 신호는 High일 때 정상을 나타내며, Low일 때 비정상을 나타내는데, 본 발명인 보호 회로와 원래 지능형 파워 모듈에 있던 자체 보호 신호 신호를 AND로 묶어서 원래 자체 보호 신호를 입력받는 곳(Fo)에 연결시킨다면, 전체 지능형 파워 모듈은 자체 보호 신호가 이상하다고 판단하였을 때 뿐 아니라, 보호 회로에서 Low 신호를 출력하는 경우에도 지능형 파워 모듈에 연결되어 있던 전자 기기의 동작을 중단시킬 수 있다.

도 3은 도 2의 보호 회로가 종래 IPM에 연결되는 위치를 설명하기 위한 회로이다. 도 2의 보호 회로에서 측정부(20) 중 회로의 정보를 받는 곳은 점(101)과 점(102) 사이이며, 점(101)과 점(102) 사이 부분의 도선 대신에 션트 저항(R_shunt)을 연결시켜 전류값을 측정할 수 있다. 점(101)과 점(102) 사이에 션트 저항(R_shunt)을 연결시키는 것을 통해, 도 1의 N 부분에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 종래의 IPM에서 자체 보호 회로의 출력을 입력받던 곳 Fo는 자체 보호 회로의 출력과 연결되어 있었다. 그러나, 본 발명에서는 Fo와 자체 보호 회로의 출력 간의 연결이 끊어지고, 점(103) 부분에 자체 보호 회로의 출력과 보호 회로의 출력전압(V2)을 논리적으로 조합한 출력전압(V_out)이 인가되게 된다. 또는, 점(103) 부분에 도 2에서 비교부(40)를 거친 전압이 인가되고, 점 (103)부분의 전압과 Fo 부분에 인가된 보호 회로의 신호 사이를 다이오드(미도시) 또는 AND 게이트(미도시)를 사용하여 그 결과인 출력(V_out)을 각 IC 칩에 인가하는 것도 가능하다.

도 4는 도 2의 보호 회로로 실험한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4에서 실험한 실시예는 도 1의 N 부분에 흐르는 전류가 5암페어(A) 이상인 경우 보호 회로의 출력이 Low가 되도록 하는 것이 목적이다. 따라서, 도 1의 N 부분에 흐르는 전류의 최대치(기준값)를 5암페어(A)로 설정하고, 그에 따라 저장부(30)가 저장하 는 값은 션트 저항에 흐르는 전류가 5암페어(A)일 때에 비교부(40)에 입력되는 전압값으로 설정한다. 도 2의 보호 회로 중 출력전압(V_out) 도 4에서 점선으로 표시한 전압값이다. 순간적인 과전류를 흘렸을 때의 출력 전압을 나타낸 것이다. 전류량이 5암페어(A)가 넘은 경우, 측정부(20)에서의 전압값이 저장부에서의 전압값보다 커지므로 일정 시간이 지나서 출력 전압이 바뀐다는 것을 알 수 있다. 다만, 회로의 딜레이로 인하여, 전류양이 기준값을 넘은 지점(t1)으로부터 일정 시간이 지난 후에 출력 전압이 바뀐다(t2). 이러한 결과를 통해, 보호 회로에 흐르는 전류가 기준값 이상인 경우에만 출력 전압이 Low로 바뀐다는 것을 알 수 있다. 또한, 앞에서 설명된 것처럼 기준값은 가변 저항 등을 통하여 조절될 수 있다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 1은 종래 IPM 및 IPM에서의 보호 기능을 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명인 보호 회로를 예시하는 도면이다.

도 3은 도 2의 보호 회로가 종래 IPM에 연결되는 위치를 설명하기 위한 회로이다.

도 4은 도 2의 보호 회로로 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims

지능형 파워 모듈 내의 전기적 정보를 측정하고 이를 전압으로 바꾸는 측정부;

가변가능한 기준값을 저장하고 있는 저장부;

측정부의 전압과 기준값을 비교하여 지능형 파워 모듈의 이상 여부를 판단하고 이를 지능형 파워 모듈에 전달하는 판단부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.
제1항에 있어서,

전기적 정보는 전류를 포함하며, 측정부는 전류가 흐르는 션트 저항을 구비하여, 션트 저항의 전압값을 측정하는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.
제2항에 있어서,

측정부는 션트 저항의 전압값을 가변하는 증폭 회로 또는 감쇄 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.
제1항에 있어서,

저장부는 가변저항을 구비하여 저장된 기준값을 가변하는 것을 특징으로 하 는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.
제4항에 있어서,

저장부는 기준값을 변화시키는 것을 통해 지능형 파워 모듈이 허용하는 최대 전류값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,

판단부는 측정부의 전압과 저장부의 전압을 비교하는 비교기이고, 비교기는 측정부의 전압이 저장부의 전압보다 큰 경우, 지능형 파워 모듈에 이상이 생겼다고 판단하는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 보호 회로.